[发明专利]一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法

说明书

本发明公开了一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法，包括如下步骤,1:喷砂；2：对PEEK材料进行打磨抛光处理；3：对PEEK材料进行超声波清洗；4：在真空和室温环境下进行溅射沉积，其工作气体为氩气，气压为0.1‑2.5Mpa,氩气气体流量为15‑90sccm，靶材为钽(Ta)或Ta与其他金属或金属氧化物(Cu、Ag、TiO₂、ZnO等)的复合靶材，靶材和基体的距离为10‑50mm，溅射功率为30‑200w，溅射时间为5‑120min，本发明首次提出采用PVD技术在3D打印PEEK材料表面镀金属钽及含钽复合涂层，用于提高PEEK植入物的生物相容性；PVD技术制备的钽涂层及含钽复合涂层与PEEK材料具有很高的结合强度；金属Ta具有良好的成骨性，Cu、Ag、ZnO、TiO₂等材料具有优异的抗菌性能，可提高PEEK材料作为永久植入体的生物相容性。

技术领域

本发明涉及骨植入领域，尤其涉及一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法。

背景技术

聚醚醚酮(PEEK)作为一种新型的半晶态芳香族塑性工程塑料，具有高熔点(343℃)和优异的力学性能，生物相容性也十分优秀。纯PEEK的杨氏模量为3.86±0.72GPa，经碳纤维增强后可达21.1±2.3GPa，与人骨的杨氏模量最为接近，可以有效避免植入人体后与人骨产生的应力遮挡以及松动现象，是一种理想的骨科植入物材料。采用3D打印技术制造的PEEK植入体能够很好地满足不同病人不同病情的个性化植入物订制需求，目前国内3D打印PEEK植入物已经在临床上取得了较好的效果。PEEK在脊柱手术，外伤和骨科类医疗产品的临床应用越来越广泛。但是由于PEEK相对疏水的表面具有较低的表面能，从而限制了细胞的黏附。PEEK的这种生物惰性使得PEEK植入体与宿主骨组织之间的骨整合能力较差，在临床上经常会碰到许多并发症，如种植体移位、笼陷或假性关节，这在体外和临床应用研究中都导致了令人不满意的结果。

金属钽(Ta)具有良好的耐腐蚀性、生物相容性与骨生物活性。生物组织在植入一段时间后会在钽上生长，就像在真实骨骼上生长一样，钽因此也被称为“亲金属”。作为涂层将Ta涂覆在某些医用材料表面，一方面可有效阻止有毒元素的释放，另一方面可提高金属材料的生物相容性。钽涂层能满足理想的骨移植材料三要素，即骨传导、骨诱导和骨生成作用，从而临床应用越加广泛。

理想的PEEK表面应能使细胞黏附、增殖、成骨细胞分化，促进PEEK植入体表面的矿化，产生大量的骨融合。但在植入过程中，这类骨植入材料易受到细菌感染而引起植入体松动导致植入失败，因此常常需要在植入体表面加入抗菌剂以抑制此类不良影响，无机抗菌剂具有抗菌效果好、持续时间长、无耐药性等优点，展现出更为广阔的应用前景。在本发明中，采用物理气相沉积技术(PVD)将金属Ta以及无机抗菌材料沉积在PEEK材料表面，制成的新型植入体可弥补PEEK材料在生物相容性、生物活性、抗菌性及种植体-骨性结合等方面所存在的不足。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种增强3D打印PEEK材料生物相容性的表面处理方法，包括如下步骤：

步骤S1：对PEEK材料表面工艺处理，提高表面光洁度，并消除PEEK材料表面的粉尘颗粒；

步骤S2：采用物理气相沉积技术，将纯Ta或Ta与其他金属及其氧化物的复合靶材沉积在PEEK材料的表面，得到PEEK基体涂层材料。

进一步地，所述步骤S1中，对PEEK表面工艺处理过程包括如下步骤：

步骤S11：对所述PEEK材料进行喷砂处理；

步骤S12：用200-3000目的砂纸以及金刚石研磨膏对喷砂处理后的所述PEEK材料进行打磨抛光处理；

步骤S13:将经过喷砂处理的所述PEEK材料置于丙酮溶液中进行第一次超声波震荡清洗；